Bài 13: Tính biến thiên enthalpy của phản ứng hóa học
Sách chân trời sáng tạo
Cho các phản ứng đốt cháy butane sau:
\({C_4}{H_{10}}(g) + {O_2}(g) \to C{O_2}(g) + {H_2}O(g)\)
Biết năng lượng liên kết trong các hợp chất cho trong bảng sau:
| Liên kết | C-C | C-H | O=O | C=O | O-H |
| Phân tử | C4H10 | C4H10 | O2 | CO2 | H2O |
| Eb (kJ/mol) | 346 | 418 | 495 | 799 | 467 |
Một bình gas chứa 12 kg butane có thể đun sôi bao nhiêu ấm nước? Giả thiết mỗi ấm nước chứa 3 lít nước ở 25oC, nhiệt dung của nước là 4,2 J/g.K, có 50% nhiệt đốt cháy butane bị thất thoát ra ngoài môi trường
\({C_4}{H_{10}}(g) + \dfrac{{13}}{2}{O_2}(g) \to 4C{O_2}(g) + 5{H_2}O(g)\)
Biến thiên enthalpy của phản ứng:
\(\begin{array}{l}{\Delta _r}H_{298}^0 = 3.{E_{C - C}} + 10.{E_{C - H}} + 6,5.{E_{O = O}} - 4.2.{E_{C = O}} - 5.2.{E_{O - H}}\\ = 3.346 + 10.418 + 6,5.495 - 8.799 - 10.467 = - 2626,5kJ\end{array}\)
Nhiệt lượng cần dùng để đốt cháy 12 kg butane là \(Q = \dfrac{{{{12.10}^3}.2626,5}}{{58}} \simeq 543413,8kJ\)
=> Nhiệt cần đun 1 ấm nước là: 3.103.4,2.(100-25) = 945000 J = 945 kJ
=> Số ấm nước cần tìm là \(\dfrac{{543413,8.50\% }}{{945}} \simeq 287\) ấm
Biết phản ứng đốt cháy Al2O3 như sau:
\(2Al(s) + 1,5{O_2}(g) \to A{l_2}{O_3}(s)\) \({\Delta _r}H_{298}^0 = - 1675,7kJ\)
Ở điều kiện chuẩn, phản ứng tạo thành 10,2 gam Al2O3 (s) có nhiệt lượng tỏa ra là
Từ phương trình nhiệt hóa học rút ra: Phản ứng tạo thành 1 mol Al2O3 thì nhiệt lượng tỏa ra là 1675,7kJ
=>\({n_{A{l_2}{O_3}}} = \dfrac{{10,2}}{{102}} = 0,1(mol)\) thì nhiệt lượng tỏa ra là 0,1.1675,7 = 167,57kJ
Thạch cao nung (CaSO4.0,5H2O) là hoá chất được sử dụng để đúc tượng, bó bột trong y học. Có thể thu được thạch cao nung bằng cách nung thạch cao sống (CaSO4.2H2O) ở nhiệt độ khoảng 150oC. Phương trình nhiệt hoá học xảy ra như sau:
\(CaS{O_4}.2{H_2}O(s) \to CaS{O_4}.0,5{H_2}O(s) + {\textstyle{3 \over 2}}{H_2}O(g)\)
Cho giá trị nhiệt tạo thành chuẩn của các chất (\({\Delta _f}H_{298}^0\)) trong bảng dưới đây:
Nhiệt lượng cần cung cấp để chuyển 20 kg thạch cao sống thành thạch cao nung ở điều kiện chuẩn là
Biến thiên enthanpy chuẩn của phản ứng nung thạch cao sống là
\({\Delta _r}H_{298}^0 = \frac{3}{2}{\Delta _f}H_{298,{H_2}O(g)}^0 + {\Delta _f}H_{298,CaS{O_4}.0,5{H_2}O(s)}^0 - {\Delta _f}H_{298,CaS{O_4}.2{H_2}O(s)}^0 = \frac{3}{2}.( - 241,82) - 1575 - ( - 2021) = 83,27kJ\)=> Để chuyển 1 mol thạch cao sống thành thạch cao nung cần cung cấp nhiệt là 83,27 k J
Theo đề bài có \({n_{CaS{O_4}.2{H_2}O}} = \dfrac{{20.1000}}{{172}} = \dfrac{{5000}}{{43}}\)mol
=> Lượng nhiệt cần cung cấp để chuyển 20 kg thạch cao sống tức 5000/43 mol thạch cao sống thành thạch cao nung là \(\dfrac{{5000}}{{43}}.{\Delta _r}H_{298}^0 = \dfrac{{5000}}{{43}}.83,27 \simeq 9682,56kJ\)
Rót 100 ml dung dịch HCl 0,5M ở 25oC vào 100 ml dung dịch NaHCO3 0,5M ở 26oC. Biết nhiệt dung của dung dịch loãng bằng nhiệt dung của nước là 4,2 J/g.K và nhiệt tạo thành của các chất được cho trong bảng sau:
| Chất | HCl (aq) | NaHCO3 (aq) | NaCl (aq) | H2O (l) | CO2 (g) |
| \({\Delta _f}H(kJ/mol)\) | -168 | -932 | -407 | -286 | -392 |
Sau phản ứng, dung dịch thu được có nhiệt độ là
Phương trình phản ứng xảy ra:
\(HCl(aq) + NaHC{O_3}(aq) \to NaCl(aq) + {H_2}O(l) + C{O_2}(g)\)
Biến thiên enthalpy của phản ứng là:
\(\begin{array}{l}{\Delta _r}H = {\Delta _f}H(NaCl) + {\Delta _f}H({H_2}O) + {\Delta _f}H(C{O_2}) - {\Delta _f}H(HCl) - {\Delta _f}H(NaHC{O_3})\\ = - 407 - 286 - 392 + 168 + 932 = 15kJ\end{array}\)
=> Phản ứng thu nhiệt
Ta có: \({n_{HCl}} = {n_{NaHC{O_3}}} = 0,1.0,5 = 0,05mol\)
=> Nhiệt lượng thu vào khi cho 0,05 mol HCl tác dụng với 0,05 mol NaHCO3 là Q = 0,05.15 = 0,75 kJ
Mà \(Q = m.C.\Delta t \Rightarrow \Delta t = \dfrac{{0,{{75.10}^3}}}{{200.4,2}} \simeq 0,89\)oC
Do phản ứng thu nhiệt nên nhiệt độ giảm đi là 0,89oC
=> Nhiệt độ cuối cùng là 26 – 0,89 = 25,1oC
Cho các phản ứng sau:
(a) \(2{H_2}S(g) + S{O_2}(g) \to 2{H_2}O(g) + 3S(s)\) \({\Delta _r}H_{298}^0 = - 237kJ\)
(b) \(2{H_2}S(g) + {O_2}(g) \to 2{H_2}O(g) + 2S(s)\) \({\Delta _r}H_{298}^0 = - 530,5kJ\)
Phát biểu nào sau đây đúng?
Giá trị tuyệt đối của biến thiên enthalpy càng lớn thì nhiệt lượng tỏa ra hay thu vào của phản ứng càng nhiều => Phản ứng (a) có trị tuyệt đối của nhiệt phản ứng nhỏ hơn phản ứng (b) => Phản ứng (a) tỏa ra nhiệt lượng ít hơn phản ứng (b) (A đúng, D sai)
Có \({\Delta _r}H_{298}^0(a) = 2{\Delta _f}H_{298}^0({H_2}O) - 2{\Delta _f}H_{298}^0({H_2}S) - {\Delta _f}H_{298}^0(S{O_2}) = - 237\)
\({\Delta _r}H_{298}^0(b) = 2{\Delta _f}H_{298}^0({H_2}O) - 2{\Delta _f}H_{298}^0({H_2}S) = - 530,5\)
=> \({\Delta _f}H_{298}^0(S{O_2}) = - 530,5 - ( - 237) = - 293,5kJ\)(B sai)
C sai do cả hai phản ứng có biến thiên nhiệt mang giá trị âm => Phản ứng tỏa nhiệt
Cho phản ứng nhiệt nhôm sau: \(2Al(s) + F{e_2}{O_3}(s) \to A{l_2}{O_3}(s) + 2Fe(s)\)
Biết nhiệt tạo thành, nhiệt dung của các chất (nhiệt lượng cần cung cấp để 1 kg chất đó tăng lên 1 độ) được cho trong bảng sau:
| Chất | Al | Fe2O3 | Al2O3 | Fe |
| \({\Delta _f}H_{298}^0\) (k J/mol) | 0 | -5,14 | -16,37 | 0 |
| C (J/g.K) | 0,84 | 0,67 |
Giả thiết phản ứng xảy ra vừa đủ, hiệu suất 100%; nhiệt độ ban đầu là 25oC; nhiệt lượng tỏa ra bị thất thoát ra ngoài môi trường là 60%. Nhiệt độ đạt được trong lò phản ứng nhiệt nhôm là
Biến thiên enthalpy của phản ứng:
\(\begin{array}{l}{\Delta _r}H_{298}^0 = {\Delta _f}H_{298}^0(A{l_2}{O_3}) + 2.{\Delta _f}H_{298}^0(Fe) - 2.{\Delta _f}H_{298}^0(Al) - {\Delta _f}H_{298}^0(F{e_2}{O_3})\\ = 102.( - 16,37) + 2.0 - 2.0 - 160.( - 5,14) = - 847,34kJ\end{array}\)
Nhiệt dung của sản phẩm là: C = 102.0,84 + 2.56.0,67 = 160,72 (J.K-1)
Nhiệt độ tăng lên là \(\Delta T = \dfrac{{847,{{34.10}^3}.60\% }}{{160,72}} = 3163K\)
Nhiệt độ đạt được là (25 + 273) + 3163 = 3461 K
Cho các phản ứng đốt cháy butane sau:
\({C_4}{H_{10}}(g) + {O_2}(g) \to C{O_2}(g) + {H_2}O(g)\)
Biết năng lượng liên kết trong các hợp chất cho trong bảng sau:
| Liên kết | C-C | C-H | O=O | C=O | O-H |
| Phân tử | C4H10 | C4H10 | O2 | CO2 | H2O |
| Eb (kJ/mol) | 346 | 418 | 495 | 799 | 467 |
Một bình gas chứa 10 kg butane có thể đun sôi bao nhiêu ấm nước? Giả thiết mỗi ấm nước chứa 2 lít nước ở 25oC, nhiệt dung của nước là 4,2 J/g.K, có 30% nhiệt đốt cháy butane bị thất thoát ra ngoài môi trường
\({C_4}{H_{10}}(g) + \dfrac{{13}}{2}{O_2}(g) \to 4C{O_2}(g) + 5{H_2}O(g)\)
Biến thiên enthalpy của phản ứng:
\(\begin{array}{l}{\Delta _r}H_{298}^0 = 3.{E_{C - C}} + 10.{E_{C - H}} + 6,5.{E_{O = O}} - 4.2.{E_{C = O}} - 5.2.{E_{O - H}}\\ = 3.346 + 10.418 + 6,5.495 - 8.799 - 10.467 = - 2626,5kJ\end{array}\)
Nhiệt lượng cần dùng để đốt cháy 10 kg butane là \(Q = \dfrac{{{{10.10}^3}.2626,5}}{{58}} \simeq 452844,8kJ\)
=> Nhiệt cần đun 1 ấm nước là: 2.103.4,2.(100-25)=630000 J = 630 kJ
=> Số ấm nước cần tìm là \(\dfrac{{452844,8.30\% }}{{630}} \simeq 216\) ấm
Tiến hành quá trình ozone hóa 100 g oxi theo phản ứng sau:
\(3{O_2}(g) \to 2{O_3}(g)\)
Hỗn hợp thu được có chứa 30% ozone về khối lượng, tiêu tốn 71,2 kJ. Nhiệt tao thành của ozone (kJ/mol) có giá trị là
\({n_{{O_3}}} = \dfrac{{100.30\% }}{{48}} = 0,625mol\)=> \({\Delta _r}H_{298}^0 = \dfrac{{71,2.2}}{{0,625}} = 227,84kJ\)
\(\begin{array}{l}{\Delta _r}H_{298}^0 = 2.{\Delta _f}H_{298}^0({O_3}) - 3.{\Delta _f}H_{298}^0({O_2})\\ \Leftrightarrow 227,84 = 2.{\Delta _f}H_{298}^0({O_3}) - 3.0 \Leftrightarrow {\Delta _f}H_{298}^0({O_3}) = 113,92kJ\end{array}\)
Cho phản ứng sau: \(C{H_3}C{H_2}OH(l) \to C{H_3}OC{H_3}(l)\)
Biết giá trị năng lượng liên kết được cho trong bảng sau:
Phát biểu nào sau đây không đúng?
Phân tử CH3CH2OH có 1 liên kết C-C, 5 liên kết C-H, 1 liên kết C-O và 1 liên kết O-H
=> \(E_b^{C{H_3}C{H_2}OH} = 347 + 5.413 + 360 + 464 = 3236kJ/mol\)
Phân tử CH3OCH3 có 6 liên kết C-H và 2 liên kết C-O
=> \(E_b^{C{H_3}OC{H_3}} = 6.414 + 2.360 = 3204kJ/mol\)
\( \Rightarrow {\Delta _r}H_{298}^0 = E_b^{C{H_3}C{H_2}OH} - E_b^{C{H_3}OC{H_3}} = 3236 - 3204 = 32kJ/mol\) > 0
=> Tại điều kiện chuẩn CH3CH2OH bền hơn CH3OCH3 => D sai
Cho 2 phản ứng sau:
(1) $2{H_2}(g) + {O_2}(g)\xrightarrow{{{t^o}}}2{H_2}O(g)$
(2) ${C_7}{H_{16}}(g) + 11{O_2}(g)\xrightarrow{{{t^o}}}7C{O_2}(g) + 8{H_2}O(g)$ (C7H16 có 6 liên kết C-C và 16 liên kết C-H)
Cho bảng năng lượng liên kết sau:
Phát biểu nào sau đây đúng?
Giả sử cùng đốt cháy một lượng H2 và C7H16 như nhau và bằng 1 gam
* Xét (1)
\({\Delta _r}H_{298}^0 = 2E_b^{{H_2}} + E_b^{{O_2}} - 2E_b^{{H_2}O} = 2.432 + 498 - 2.2.467 = - 506kJ/mol\)
Từ (1) để đốt cháy 2 mol H2 thì cần nhiệt lượng là 506 kJ
=> Để đốt cháy 1 gam H2 tức 0,5 mol H2 cần nhiệt lượng là \(\dfrac{{0,5.506}}{2} = 126,5kJ\)
* Xét (2)
\(\begin{array}{l}{\Delta _r}H_{298}^0 = E_b^{{C_7}{H_{16}}} + 11E_b^{{O_2}} - 7E_b^{C{O_2}} - 8E_b^{{H_2}O} = 6E_b^{C - C} + 16E_b^{C - H} + 11E_b^{O = O} - 7.2.E_b^{C = O} - 8.2.E_b^{O - H}\\ \Rightarrow {\Delta _r}H_{298}^0 = 6.347 + 16.432 + 11.498 - 7.2.745 - 8.2.467 = - 3432kJ/mol\end{array}\)
Từ (2) để đốt cháy 1 mol C7H16 cần nhiệt lượng 3432 kJ
=> Để đốt cháy 1 gam C7H16 tức 0,01 mol C7H16 cần nhiệt lượng 0,01.3432 = 34,32 kJ
=> Nhiệt lượng do H2 toả ra lớn hơn nhiều so với nhiệt lượng toả ra của C7H16 nên H2 là nguyên liệu thích hợp hơn cho tên lửa
